惠亮++史家雄++冯乐

摘要：飞机轮速信号在飞机刹车过程中至关重要，高精度、实时、可靠的轮速采集是飞机精准刹车控制的关键因素。系统以基于Cortex_M4的STM32F4芯片为核心，通过时基参数的动态配置，可实现不同轮速下的轮速信号的自适应采集。

关键词：ARM Cortex-M4；STM32F4系列单片机；自适应频率采集

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）09-0250-03

Self-Adaptive Acquisition of Aircraft Wheel Speed Based on STM32F4 MCU

HUI Liang， SHI Jia-xiong， FENG Le

（Avic Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute， Xian 710065， China）

Abstract：Aircraft wheel speed signals are vital important in the brake process of the aircraft. High precision， real-time and high reliability are the key factors of signal acquisition in the precise braking process. In this system we use the Cortex-M4 based STM32F4 MCU as the core of the hardware. Through the dynamic configuration of the time-based parameters， the system can implement self-adaptive acquisition.

Key words：ARM-Cortex-M4；STM32F4 Series MCU；Self-Adaptive Frequency Acquisition

1 引言

近年来，国际航空业迅猛发展，飞机上的仪器设备正在向多电式，全电式发展[1]。飞机的载客量和满负荷总重量也在提高，相应的飞机机轮数量也大大增多，在大型飞机中，飞机的机轮数量甚至多达几十个[2]。飞机在刹车过程中需要实时采集所有轮速的信号交给刹车控制器处理。以往采用的多处理器方案在实际应用过程中，由于设计复杂，线路繁多，各处理器之间通信的不便增加了设计难度[3]。通过采用数字开关交替采集速度信号，数据的实时性得不到保障。因此为了提高数据采集的精度和实时性，提出了一种新的速度采集方案。系统以基于Cortex-M4的STM32F4 MCU为核心，飞机轮速传感器发送到刹车控制器的频率信号经由前端处理电路的调理之后输入至MCU，利用片内定时器的输入捕获模式来测量轮速。

2 系统方案及硬件设计

多路频率信号是正比于机轮速度的方波信号，通过轮速传感器发往刹车控制器。信号经过前端处理电路调理成MCU的IO口可以接收的信号。当各路方波信号输入到IO口时，MCU内部的定时器对方波的上升沿进行捕获，并立即清除内部计数器当前值TIMx_CNT为0、设置捕获模式为下降沿捕获；当捕获到方波的下降沿时，内部计数器当前值TIMx_CNT被锁存至TIMx_CCRx。根据内部计数器时钟频率[Fcnt]及TIMx_CCRx即可算出输入方波的频率。

该方案基于MCU定时器的捕获中断功能，同时，基于Cortex-M4的MCU支持中断的自动现场保护、恢复及“咬尾中断”[4]，确保了多路轮速采集的情况下的数据实时性。STM32F4 MCU内部自带的看门狗提高了系统的可靠性。

系统方案图如图1所示。

MCU采用ST公司的STM32F407ZGT6，外部晶振频率为4MHz至26MHz，通过内部锁相环PLL将主频倍频至168MHz，增强了系统抗电磁干扰能力，提高了系统的可靠性。具有1MB Flash Memory，196KB内部SRAM，多达32路可实时独立编程捕获通道。支持咬尾中断，中断间切换延时最短可达6个周期，即35.7ns。当多路频率信号同时引发中断时，可大大提高频率采集的实时性。

2.1 信号调理电路

信号调理电路是将外部输入的低伏值、不规整的模拟频率信号转变成规整的数字式矩形波信号，该电路由放大器电路N1、比较器电路N2和反相器电路N3组成，通过滤波、信号运放和信号转换，将轮速传感器发送的信号调理成MCU的I/O可接收的方波信号。频率输入处理电路原理图见图2。

查阅器件手册，可以计算出频率信号从输入到处理完成的延时不超过10μs，在频率输入为22kHz时，频率信号的周期约为45.45ms，处理电路的延时远小于频率信号的周期，可知调理电路满足信号处理的要求。